亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于非負(fù)矩陣分解的遞歸稀疏表示的心肺音分離方法

        2019-11-27 01:16:54鄒振城劉厶元
        自動(dòng)化與信息工程 2019年5期
        關(guān)鍵詞:信號(hào)實(shí)驗(yàn)方法

        鄒振城 劉厶元

        基于非負(fù)矩陣分解的遞歸稀疏表示的心肺音分離方法

        鄒振城 劉厶元

        (廣東工業(yè)大學(xué))

        針對(duì)心肺音的時(shí)序結(jié)構(gòu)特性,提出一種基于非負(fù)矩陣分解的遞歸稀疏表示的心肺音分離方法。通過非負(fù)矩陣分解構(gòu)建能有效描述心肺音的遞歸特征心肺音字典;基于該字典,獲得心音和肺音的稀疏表示,實(shí)現(xiàn)心肺音分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文設(shè)計(jì)的心肺音分離方法取得的效果優(yōu)于基于非負(fù)矩陣分解的稀疏表示的心肺音分離方法、監(jiān)督非負(fù)矩陣分解方法的心肺音分離和帶通濾波。

        心肺音分離;非負(fù)矩陣分解;遞歸;稀疏表示

        0 引言

        據(jù)《World Health Statistics 2018: Monitoring health for the SDGs》報(bào)告[1],心血管疾病和呼吸道疾病的發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。聽診是臨床常用的心血管和呼吸道疾病的診斷方法,傳統(tǒng)的心臟聽診依賴于醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)[2-3]。然而,通過聽診器采集到的心音和肺音?;殳B在一起,影響聽診的有效性。因此,研究心肺音分離方法對(duì)提高聽診質(zhì)量,協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行輔助診斷具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。臨床采集的混合信號(hào)中,心音和肺音在60 Hz~320 Hz頻帶存在相互干擾。傳統(tǒng)的帶通濾波[4]僅適用于分離頻帶相互分離的源成分,無法有效地將心音和肺音完全區(qū)分開;自適應(yīng)濾波方法[5]和小波變換方法[6]性能依賴精確模板和參數(shù)選擇,難以實(shí)際推廣。

        非負(fù)矩陣分解(non-negative matrix factorization,NMF)是一種常用盲分離方法[7],通過抽取隨時(shí)間變化的心肺音幅模,能捕捉變換域重復(fù)出現(xiàn)的模式,適于心肺音分離。然而,基于監(jiān)督NMF的心肺音分離方法[8]忽略了肺音頻域模式復(fù)雜多樣的特點(diǎn),分離效果欠佳?;谧值鋵W(xué)習(xí)的稀疏表示的單通道盲分離方法克服了以上的不足,并已廣泛用于信號(hào)處理,如無線通訊[9-10]和生物醫(yī)學(xué)[11]等領(lǐng)域。但是,以上方法都忽略了心肺音信號(hào)時(shí)序上的遞歸特性。

        本文在基于NMF的稀疏表示的心肺音方法上進(jìn)行改進(jìn),提出基于NMF的遞歸稀疏表示的心肺音分離方法,實(shí)現(xiàn)心肺音分離,從而提高心肺音分離的信噪比。

        1 心肺音混合模型

        臨床采集到心肺音混合信號(hào)可用式(1)線性混合模型表示[8]:

        通過小波變換方法[12]濾除白噪聲后,可認(rèn)為心肺音混合信號(hào)只含有心音和肺音,其數(shù)學(xué)模型為

        2 非負(fù)矩陣分解

        利用梯度下降法可得到:

        3 基于非負(fù)矩陣分解的遞歸稀疏表示

        3.1 遞歸字典構(gòu)建

        基于非負(fù)矩陣分解的遞歸稀疏表示的心肺音分離方法的構(gòu)造字典示意圖如圖1所示。

        圖1 基于非負(fù)矩陣分解的遞歸稀疏表示的心肺音分離方法的構(gòu)造字典示意圖

        3.2 稀疏表示

        可轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題求解:

        3.3 重構(gòu)心肺音

        時(shí)頻掩碼是基于心臟和呼吸聲信號(hào)稀疏的假 設(shè)[13],在一個(gè)小時(shí)頻區(qū)域只有一個(gè)源信號(hào)占主導(dǎo)地位。

        應(yīng)用時(shí)頻掩模和混合信號(hào)的時(shí)頻譜以恢復(fù)源成分:

        再利用逆短時(shí)傅里葉變換(inverse short-time Fourier transform, ISTFT)將恢復(fù)的源成分轉(zhuǎn)換成時(shí)域信號(hào)。

        4 實(shí)驗(yàn)

        4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

        為驗(yàn)證本文提出的基于NMF的遞歸稀疏表示的心肺音分離方法的有效性,將該方法在一個(gè)自構(gòu)的心肺音數(shù)據(jù)集進(jìn)行測試。測試數(shù)據(jù)集來源于公開的數(shù)據(jù)集[14-21],包含112條干凈的心音信號(hào),其中正常21條,異常91條;36條干凈的肺音信號(hào),其中正常10條,異常26條。由于在不同公開數(shù)據(jù)集中篩選出的信號(hào)具有不同的信號(hào)長度和采樣頻率,本文將信號(hào)截取為10 s,降采樣至2 kHz采樣頻率。本文仿真實(shí)驗(yàn)以干凈的心音和肺音信號(hào)按1:1能量比線性混合成的心肺音混合信號(hào)為輸入信號(hào),通過計(jì)算分離得到的心音和肺音信號(hào)來評(píng)估心肺音分離性能。越高,表示心肺音分離性能越好。

        實(shí)驗(yàn)中,STFT采用窗長為128個(gè)采樣點(diǎn)的漢寧窗,窗口的移動(dòng)步長為32個(gè)采樣點(diǎn),傅里葉變換長度為128。

        圖2 心音、肺音和心肺音混合信號(hào)時(shí)頻譜

        圖3 干凈心音、干凈肺音、混合心肺音和分離后的心音、肺音時(shí)域圖

        4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

        表1比較了帶通濾波、監(jiān)督NMF、基于NMF的稀疏表示和基于NMF的遞歸稀疏表示的心肺音分離性能。與帶通濾波、監(jiān)督NMF和基于NMF的稀疏表示相比,基于NMF的遞歸稀疏表示方法分離出來的心音信噪比提高了4.09 dB,0.58 dB和0.2 dB,肺音信噪比提高了4.01 dB,0.52 dB 和0.15 dB。表明基于NMF的遞歸稀疏表示的心肺音分離方法具有更優(yōu)的心肺音分離性能。

        表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

        5 結(jié)語

        針對(duì)心肺音的時(shí)序結(jié)構(gòu)特性,本文提出一種基于NMF的遞歸稀疏表示的心肺音分離方法。在公開心肺音數(shù)據(jù)集上的仿真結(jié)果表明:相較于帶通濾波、監(jiān)督NMF和基于NMF的稀疏表示,基于NMF的遞歸稀疏表示取得更優(yōu)的分離效果。

        [1] “World Health Statistics 2018: Monitoring health for the SDGs, sustainable development goals,” World Health Organization Tech.Rep.,2018[DB/OL].Available:http://www.who.int/gho/publications/world_health_statistics/2018/en/.

        [2] Shi W Y , Mays J , Chiao J C . Wireless stethoscope for recording heart and lung sound[C]// 2016 IEEE Topical Conference on Biomedical Wireless Technologies, Networks, & Sensing Systems, 2016.

        [3] Leng S, Tan R S, Chai K T, et al. The electronic stethoscope[J]. BioMedical Engineering OnLine, 2015, 14(1):66.

        [4] Gavriely N, Palti Y, Alroy G. Spectral characteristics of normal breath sounds[J]. Journal of Applied Physiology, 1981,50(2): 307–314.

        [5] Sathesh K, Muniraj N J R. Real time heart and lung sound separation using adaptive line enhancer with NLMS[J]. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 2014, 65(2):559–564.

        [6] Gradolewski D , Redlarski G .Wavelet-based denoising method for real phonocardiography signal recorded by mobile devices in noisy environment[J]. Computers in Biology and Medicine, 2014, 52:119-129.

        [7] Lee D D, Seung H S. Learning the parts of objects by non-negative matrix factorization[J]. Nature, 1999, 401(6755):788-791.

        [8] Shah G, Koch P, Papadias C B. On the blind recovery of cardiac and respiratory sounds[J]. IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, 2015,19(1):151-157.

        [9] Xu L , Yang Z , Shao X . Dictionary design in subspace model for speaker identification[J]. International Journal of Speech Technology, 2015, 18(2):177-186.

        [10] Zhen L , Peng D , Yi Z , et al. Underdetermined Blind Source Separation Using Sparse Coding[J]. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 2017, 28(12):3102-3108.

        [11] Shapoori S , Sanei S , Wang W . Blind Source Separation of Medial Temporal Discharges via Partial Dictionary Learning[C]// IEEE International Workshop on Machine Learning for Signal Processing. IEEE, 2015.

        [12] Chen P Y, Selesnick I W. Translation-invariant shrinkage/ thresholding of group sparse signals[J]. Signal Processing, 2014, 94:476-489.

        [13] Shah G , Papadias C . Separation of cardiorespiratory sounds using time-frequency masking and sparsity[C]// International Conference on Digital Signal Processing. IEEE, 2013.

        [14] Bentley P, Nordehn G, Coimbra M, et al. Classifying Heart Sounds Challenge[DB/OL]. (2011-11-01) [2019-01-26]. http://www.peterjbentley.com/heartchallenge.

        [15] PhysioNet. Classification of normal/abnormal heart sound recordings: the physionet/computing in cardiology challenge 2016 (Classification of Heart Sound Recordings - The PhysioNet Computing in Cardiology Challenge 2016) [DB/OL]. (2018-08-13) [2019-01-26]. https://physionet.org/ challenge/2016/.

        [16] Welch Allyn. Student clinical learning[DB/OL]. https://www. welchallyn.com/content/welchallyn/americas/en/students.html.

        [17] Easy Auscultation. Heart and lung sounds reference guide[DB/OL]. (2019-01-26) [2019-01-26]. https://www. easyauscultation.com/heart-sounds.

        [18] Open Michigan. Heart Sound and Murmur Library[DB/OL]. (2015-04-14) [2019-01-26]. https://open.umich.edu/find/ open-educational-resources/medical/heart-sound-murmur-library.

        [19] East Tennessee State University. Pulmonary Breath Sounds[DB/OL]. (2002-11-25) [2019-01-26]. http://faculty. etsu.edu/arnall/www/public_html/heartlung/breathsounds/contents.html.

        [20] Medical Training and Simulation LLC. Breath sounds reference guide[DB/OL]. (2019-01-26) [2019-01-26]. https://www.practicalclinicalskills.com/breath-sounds-reference-guide.

        [21] PixSoft. The R.A.L.E. Repository[DB/OL]. (2019-01-26) [2019-01-26]. http://www.rale.ca.

        Cardiopulmonary Sound Separation Method Based on Recursive Sparse Representation of Non-Negative Matrix Factorization

        Zou Zhencheng Liu Siyuan

        (Guangdong University of Technology)

        In order to address the time-series structure characteristics of cardiopulmonary sound, a method of heart-lung sound separation based on recursive sparse representation of non-negative matrix factorization is proposed. The recursive feature cardiopulmonary dictionary which can effectively describe cardiopulmonary sound is constructed by non-negative matrix factorization. Based on this dictionary, we get a sparse representation of heart sounds and lung sounds to achieve separation of heart and lung sounds. The experimental results show that the cardiopulmonary separation method is designed in this paper achieves a cardiopulmonary separation method superior to the sparse representation based on non-negative matrix factorization, and supervises the cardiopulmonary separation and band pass filtering effects of the non-negative matrix factorization method.

        Cardiopulmonary Separation; Non-Negative Matrix Factorization; Recursion; Sparse Representation

        鄒振城,男,1994年生,碩士研究生,主要研究方向:模式識(shí)別,機(jī)器學(xué)習(xí),生物信號(hào)處理。E-mail: walnmm@126.com

        猜你喜歡
        信號(hào)實(shí)驗(yàn)方法
        記一次有趣的實(shí)驗(yàn)
        信號(hào)
        鴨綠江(2021年35期)2021-04-19 12:24:18
        完形填空二則
        做個(gè)怪怪長實(shí)驗(yàn)
        基于FPGA的多功能信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)
        電子制作(2018年11期)2018-08-04 03:25:42
        可能是方法不對(duì)
        NO與NO2相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
        實(shí)踐十號(hào)上的19項(xiàng)實(shí)驗(yàn)
        太空探索(2016年5期)2016-07-12 15:17:55
        用對(duì)方法才能瘦
        Coco薇(2016年2期)2016-03-22 02:42:52
        基于LabVIEW的力加載信號(hào)采集與PID控制
        亚洲中文字幕无码不卡电影| 国产日产精品一区二区三区四区的特点| 永久免费观看国产裸体美女| 日日摸夜夜欧美一区二区| 毛片av在线尤物一区二区| 亚洲综合中文字幕日韩| 精品亚洲国产成人| 免费特级黄毛片| 九月色婷婷免费| 国产一区二区三区成人| 国产人妻大战黑人20p| 免费无码成人av在线播放不卡| 无码区a∨视频体验区30秒 | 欧美真人性野外做爰| 欧美高大丰满freesex| 激,情四虎欧美视频图片| 女优av一区二区在线观看| 九九久久自然熟的香蕉图片 | 色婷婷六月天| 国产三级伦理视频在线| 国产一区二区av免费在线观看| 狠狠色婷婷久久综合频道日韩 | 亚洲欧美一区二区三区在线| 亚洲欧洲日产国码无码AV一| 日韩女同一区二区三区久久| 中文字幕一区二区三区四区五区| 国产伦精品一区二区三区| 国产资源精品一区二区免费| 亚洲精品一区二区三区四区| 亚洲精品无码专区在线在线播放| 久久精品人妻一区二区三区| 中文字幕日韩人妻高清在线| 亚洲丝袜美腿在线视频| 国产精品自在线拍国产手机版| 国产亚洲精品日韩综合网| 国产av一啪一区二区| 大学生粉嫩无套流白浆| 久久久国产精品ⅤA麻豆| 日本在线中文字幕一区二区 | 女女互揉吃奶揉到高潮视频| 精品国产高清一区二区广区|